巢湖皖14井高精度水溫變化機理探討

王 俊張 軍周振貴繆 鵬孫盼盼楊源源安徽省地震局，合肥 230031安慶地震臺，安徽安慶 246735

巢湖皖14井高精度水溫變化機理探討

王 俊1）張 軍1）周振貴2）繆 鵬1）孫盼盼1)楊源源1)
1）安徽省地震局，合肥 230031
2）安慶地震臺，安徽安慶 246735

巢湖皖l4井數(shù)字化水溫儀架設(shè)屬于“十五”項目，2007年9月正式開始觀測，儀器型號為SZW-1A，水溫探頭位于井下195 m處。該井水溫日動態(tài)屬于隨機波動型，長期動態(tài)屬于復(fù)合型。長期觀測資料結(jié)果表明，該井數(shù)字化水溫觀測資料信息量豐富，不僅有降雨、氣壓的擾動，還有大震的同震效應(yīng)和震后效應(yīng)。為進一步研究該井水溫變化機理，對該井高精度水溫觀測環(huán)境、數(shù)字化觀測資料，以及在?160 m處架設(shè)了一套同型號水溫觀測儀進行多層水溫動態(tài)變化特征進行分析研究。以2012年4月11日印尼8.6級地震為例，以巢湖皖14井水溫同震響應(yīng)所獲得的數(shù)據(jù)為分析基礎(chǔ)，進行數(shù)值模擬計算，根據(jù)同震響應(yīng)過程中井孔系統(tǒng)水溫度變化與熱傳導(dǎo)間的關(guān)系進行機理研究。

（1）兩套儀器測值的變化趨勢。通過對比看出兩套不同深度的水溫變化趨勢、變化速率基本上是一致的，觀測數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性符合長期穩(wěn)定性指標。

（2）水溫梯度實驗。對不同深度處水溫對比觀測研究表明，110 m以上水溫線性度較差，井孔封閉性不好；110 m以下水溫線性較好，井管下部封閉性較好，100～200 m之間的溫度差為1.456℃（圖1），表明巢湖14井屬于低梯度井孔。

圖1　巢湖皖14井水溫觀測系統(tǒng)(a)及水溫梯度測試曲線(b)

（3）井水溫變化與熱傳遞方式判別?？偨Y(jié)了該井在肥東地震、印尼地震前不同層水溫的變化情況，以印尼地震為例分析得出，巢湖皖14井上、下層水溫變化存在時間差，井孔水溫熱傳遞的方式為熱對流。

（4）井孔水溫數(shù)值模擬分析。通過兩套水溫記錄下降的時間間隔，計算出井孔內(nèi)瞬時水流流速為14.6 cm/s，并建立溫度場的模擬模型，結(jié)果表明，同震效應(yīng)下，巢湖14井不同深度處水溫差異變化是由于溫度差引起熱能流動，即下部含水層以熱對流方式進行能量傳遞給上部含水層。模擬結(jié)果與實際情況存在一定差異，但總體變化趨勢相同；徑向溫度分布不均勻，距井孔中心距離越大，溫度越低，在井孔中心附近溫度較大，且溫度隨時間衰減呈非線性函數(shù)，距井孔中心越近衰減越快，反之，越遠衰減速率減慢。

（5）探討與結(jié)論。①從不同深度兩套水溫比測時記錄的降雨及微動態(tài)特征分析，降雨影響時上層水溫先下降，下層水溫滯后；而異常微動態(tài)總是下層水溫先記錄到下降，上層水溫滯后。這樣的觀測事實對判定異常是有益的。②對巢湖皖14井大震激發(fā)后井中水溫的變化進行了數(shù)值模擬，并與實際觀測數(shù)據(jù)進行了對比，認為該井水溫遠大震后出現(xiàn)下降主要是井內(nèi)出現(xiàn)熱對流所致，其根本原因是地震發(fā)生后，含水層骨架發(fā)生變形使得井孔含水層的孔隙水壓力上升（下降），引起含水層中地下水向井孔中吸收（注入）水，引起高精度溫度傳感器附近熱量運移，從而導(dǎo)致井孔水溫發(fā)生變化。③模擬結(jié)果表明，徑向溫度分布不均勻，距井孔中心距離越大，溫度越低，在井孔中心附近溫度較大，且溫度隨時間衰減呈非線性函數(shù)，距井孔中心越近衰減越快，反之，越遠衰減速率減慢。④井孔含水層溫度變化的同震變化形態(tài)（下降、上升或不變）與井孔水溫梯度、井孔空間分布和熱源之間相對位置、井孔構(gòu)造條件等因素有關(guān)。